Pag-aayos ng Isang Mali, Ang mga Nuclear Physicist ay Dagdagan ang Precision ng Neutrino Research

Sa University of Notre Dame, bahagi ng Oak Ridge Deuterated Spectroscopic Array ang sumukat ng reaksyon na nagdulot ng ingay sa ilang mga neutrino detector. Kredito sa Larawan: Michael Febbraro / ORNL, Kagawaran ng Enerhiya ng Estados Unidos

Ang isang bagong pag-aaral, na pinangunahan ng Oak Ridge National Laboratory ng Kagawaran ng Enerhiya, ay nagtanggal ng pagkakaiba tungkol sa pinakamalaking kontribusyon ng mga hindi nais na signal ng background sa mga pribadong detektor ng neutrinos. Ang mas mahusay na paglalarawan ng background ay maaaring mapabuti ang kasalukuyan at hinaharap na mga eksperimento upang makita ang mga tunay na signal mula sa mga hindi magandang pakikipag-ugnay, electrically neutral na subatomic na mga particle at maunawaan ang kanilang papel sa uniberso.

“Nakilala namin ang isang reaksyon na may makabuluhang pagkakaiba sa pagitan ng aming bagong pagsukat at makasaysayang data,” sinabi ng ORNL na si Michael Febbraro. Mga Sulat sa Physical Review nagbibigay ito ng isang pinabuting sukat ng reaksyon. “Ito ang isa sa pinakalumang mga tugon na napag-aralan, at natutuklasan pa rin namin ang mga bagong bagay tungkol dito.”

Ang isang pagsukat na mas matanda kaysa sa 2005, na ginamit bilang pamantayan sa sanggunian, ay mali na pinag-aralan. Sa halip na isang spectrum ng lupa at nasasabik na mga estado, sinuri lamang niya ang estado ng lupa ng mga maliit na butil. Ang bagong pagsukat, na kinunan gamit ang isang detector array batay sa neutron spectroscopy at pangalawang gamma rays, isinasaalang-alang ang buong spectrum ng mga particle energies.

Si Febbraro, na nagdisenyo ng eksperimento at nag-install ng mga detector, ay nagsagawa ng pagsukat kasama sina Richard deBoer ng Notre Dame University at Steven Pain ng ORNL. Ang iba pang mga kapwa may-akda ay kumakatawan sa University of Surrey; University of Michigan, Ann Arbor; University of Tennessee, Knoxville; at Rutgers University.

Ang mga nukleyar na pisiko ay hindi nagtakda upang mag-aral ng mga neutrino na katangian; sila ay karaniwang nag-aalala sa atomic nuclei at kanilang mga pakikipag-ugnayan. Ngunit sa agham, ang mga natuklasan sa isang larangan ay madalas na may malalim na epekto sa iba pang mga lugar.

Ang isang kilalang reaksyong nukleyar ay binago ang carbon-13 sa oxygen-16 at isang neutron. Ang parehong reaksyon ay nagbibigay ng isang makabuluhang kontribusyon sa background sa mga eksperimento na sumusukat sa neutrino, kung ito ay pinakawalan mula sa araw, himpapawid, accelerator, nukleyar na reaktor, o core ng Daigdig.

Ang rate ng reaksyong ito ay kailangang kilalanin upang tumpak na kalkulahin ang background sa mga detector tulad ng Kamioka liquid scintillator antineutrino detector mula sa Japan o sa KamLAND. Gamit ang isang accelerator ng Notre Dame University, naglunsad ang mga mananaliksik ng isang maliit na butil ng alpha (ibig sabihin, helium-4 nucleus) sa target na carbon-13, na madaling lumilikha ng oxygen-17 upang mabuo ang oxygen-16 at isang neutron. Sinukat ng mga mananaliksik ang “cross section”, o posibilidad, ng isang reaksyon na proporsyonal sa rate ng paggawa ng neutron.

“Nalaman namin na ang kasalukuyang dataset ng mundo ay medyo mali dahil hindi nila isinasaalang-alang ang iba pang mga reaksyon ng mga channel na binuksan,” sinabi ni Febbraro. “Mayroon kaming isang espesyal na uri ng detector na maaaring sabihin kung ano ang lakas ng neutron, at ito ang pangunahing teknolohiyang nagpapagana na ginawang posible ang pagsukat na ito.”

Ang mga neutrino detector ay kailangang malaki upang palakasin ang mahinang signal. Ang KamLAND ay puno ng isang hydrocarbon-based scintillator, isang langis na nakikipag-ugnay sa neutrinos at naglalabas ng ilaw. Ginagawang madali ng mga glow na ito upang makahanap at mabilang ang mga mailap na neutrino. Gayunpaman, ang mga nabulok na produkto ng radon, isang natural na nagaganap na radioactive gas, ay isinama sa carbon-13, isang bihirang isotope ng carbon na natagpuan sa scintillator, upang lumikha ng mga neutron na gumagaya ng mga signal mula sa oxygen-16 at neutrinos.

Ang KamLAND ay may bigat na isang libong tonelada. Iyon ay, ang carbon-13 ay nagkakaroon lamang ng 1.1% ng lahat ng carbon, habang ang KamLAND ay naglalaman ng 10 tonelada. Ang pagpasok ng radon sa detektor ay nagbabago sa mga elemento ng anak na babae na may iba’t ibang mga enerhiya. Ang mga particle ng Alpha na ginawa ng mga pagkabulok na ito ay nakikipag-ugnay sa carbon-13, na lumilikha ng isang background na pinipigilan ang neutrino signal. “Ito ang pangunahing mapagkukunan ng background sa mga eksperimento,” sinabi ni Febbraro.

Ang dating pagsukat ng sanggunian ng reaksyon ay sinusukat lamang ang nuclei sa pinakamababang antas ng enerhiya o estado ng lupa. Gayunpaman, ang nuclei ay nabubuhay din sa mas mataas na antas ng enerhiya na tinatawag na mga nasasabik na estado. Ang iba’t ibang antas ng enerhiya ay nakakaapekto sa posibilidad na ang isang reaksyon ay pupunta sa isang tiyak na ruta.

“Kami ay lubos na napabuti ang katumpakan at kawastuhan Ang mga pagsukat ay ginawa gamit ang isang setup na sensitibo sa spectrum ng mga neutron energies, sinabi ni Febbraro.

Gumagamit ang pandaigdigang pamantasang pang-agham na sinuri ang mga database ng nukleyar na ginawa ng mga dalubhasa na naglalaman ng mga sinusukat na sangguniang sinuri ng peer. Upang mahulaan ang kasaysayan ng KamLAND, ang mga physicist ng KamLAND ay kumuha ng sukat ng sanggunian noong 2005 na ginawa ng mga physicist ng nuklear mula sa isa sa mga database na ito, ang Japanese Assessed Nuclear Data Library. Ipinagpalagay nila na ang pagsukat ay tama at idinagdag ito sa kanilang mga kalkulasyon.

“Ang palagay na ang mga nakagaganyak na sitwasyon ay hindi mahalaga, hindi tama,” sabi ni Febbraro. “Ang pagsasama ng mga kapanapanabik na estado ay hindi lamang nagbabago sa laki ng background na dulot ng KamLAND, ngunit nakakaapekto rin sa maraming aspeto ng neutrino signal.”

Ang physicist ng ORNL na si Kelly Chipps, na tumutulong sa pag-aralan ang data at bigyang kahulugan ang mga resulta, ay sumasang-ayon sa kasamahan sa ORNL na si Michael Smith.

“Ang nakaraan ay isang bagay na dapat mong maunawaan nang buong-buo,” aniya. “Kung hindi man, ang bilang ng mga totoong kaganapan na nakikita mo ay maaaring ganap na mali.”

Ang pagtatanong sa isang malaki, puno ng scincillator na puno ng neutrino detector upang makilala ang background mula sa signal ay tulad ng pagiging nakapiring, tinatakpan ang mga tsokolate ng pula o berdeng asukal, at nagtatanong kung gaano karaming mga pulang tsokolate ang kinakain mo.

“Ang problema, lahat ng mga candies ay pareho ang lasa,” sabi ni Chipps. “Upang malaman kung gaano karaming mga pulang kendi ang kinakain mo, bilangin mo ang kabuuang bilang ng mga candies at tawagan ang gumagawa ng tsokolate upang tanungin kung gaano karaming mga pulang candies ang karaniwang mayroon ka sa isang bag.”

Tulad ng pag-alam sa ratio na ito ay nagbibigay-daan sa iyo upang gumawa ng isang pagtatantya ng mga halaga ng asukal, ang impormasyon ng sanggunian sa sinuri na mga database ng nukleyar ay nagbibigay-daan sa mga siyentipiko na hulaan ang mga numero ng neutrino.

“Ang aming eksperimento ay lumabas upang makakuha ng ibang sagot kaysa sa sinabi ng ‘tagagawa ng asukal’ na dapat,” patuloy ni Chipps. “Hindi ito dahil nais ng tagagawa na magbigay ng isang maling sagot; ito ay dahil ang mga machine ng pag-uuri ay na-program na may maling halaga.”

Ang bagong rate ng henerasyon ng neutron na natagpuan ni Febbraro at ng kanyang mga kasamahan sa nukleyar na physics ay maaari nang magamit ng mga physicist na nagtatrabaho sa KamLAND at iba pang mga eksperimentong neutrino na nakabatay sa likidong scintillator upang makuha ang background na may mas mahusay na kawastuhan at katumpakan.

Dahil sa bagong pagsukat na ito, ginamit ng koponan ni Febbraro ang espesyal na detektor upang masukat ang mga katulad na reaksyon. Natagpuan nila ang hindi pagkakapare-pareho sa mga rate ng pagbuo ng neutron para sa kalahating dosenang mga isotop. “Ang mga kalkulasyon sa mass zone na ito ay hindi masyadong maaasahan,” aniya.

Sanggunian: “Bago 13C (α, n)16O Neutrino Halo at Seksyon ng Cross na may Mga Epekto para sa Mga Pagsukat ng Geoneutrino “, M. Febbraro, RJ deBoer, SD Pain, R. Toomey, FD Becchetti, A. Boeltzig, Y. Chen, KA Chipps, M. Couder, KL Jones, E. Lamere , Q. Liu, S. Lyons, KT Macon, L. Morales, WA Peters, D. Robertson, BC Rasco, K. Smith, C. Seymour, G. Seymour, MS Smith, E. Stech, B. Vande Kolk at M. Wiescher, 7 Agosto 2020, Mga Sulat sa Physical Review.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.125.062501

Ang pag-unlad ng detektor ay suportado ng DOE Office of Science. Ang pagsukat ay ginawa sa University of Notre Dame Nuclear Science Laboratory, suportado ng National Science Foundation.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang “misteryo ng nawawalang yelo” ay sa wakas ay nalutas sa paggalaw ng crust ng Earth

Greenland Glaciers 2018. Credit: NIOZ, Kim Chatter Isang bagong pandaigdigang muling pagtatayo ng yelo sa nakaraang 80,000 taon. Sa panahon ng mga yelo, bumabagsak ang pandaigdigang...

Isang Hindi Inaasahang Pag-ikot sa Quantum Physics Maaaring Maipaliwanag ang Imbalanse ng Matter / Antimatter

Kakulangan ng mahusay na proporsyon sa qubits, hindi maitama ang mga error dito computing ng kabuuanngunit maaari nitong ipaliwanag ang kawalan ng timbang ng...

Ang Unang Taong Tao sa New England Maaaring Magbahagi ng Landscape Sa Mga Woolly Mammoths

Kopya ng isang Woolly mammoth (Mammuthus primigenius) sa Royal BC Museum sa Victoria, British Columbia, Canada. Ipinakita mula 1979, at ang balahibo ay...

Natuklasan ng mga Siyentista ang Mga Bagong Selula na Nasasangkot sa Malalang Sakit at Pamamaga – Tumpak, Bagong Target para sa Paggamot

Ang pagguhit ng gulugod ng mga cell ng pro-namumula (pula) at anti-namumula MRC1 + macrophages (asul). Kredito: Zylka Lab, UNC School of Medicine Ang...

Salamat sa bagong katalista, ang paggawa ng styrene ay mas mura at berde

Kredito: estado ng NC Ang mga siyentipiko ng engineering ng kemikal ay bumuo ng isang bagong katalista na makabuluhang nagdaragdag ng ani ng paggawa...

Newsletter

Subscribe to stay updated.